양자기술 이론에서 현실로… 양자역학 3인 노벨물리학상 수상으로 입증

거시적 규모에서 양자역학 법칙 실재 증명
차세대 양자기술 발전 토대 마련

▲ 거시 세계에서의 양자 터널링 현상 입증 [노벨위원회 제공. 재판매 및 DB 금지]

거시적 규모에서도 양자역학의 법칙이 실재함을 증명한 세 과학자가 올해 노벨 물리학상의 영예를 안았다. 이들은 서로 다른 시기와 공간에서 만나 협력하며, 양자역학이 더 이상 이론의 영역에 머무르지 않음을 입증했다.

미국의 존 M. 마티니스(67), 영국의 존 클라크(83), 프랑스의 미셸 드보레(72)는 ‘눈에 보이는 양자 세계’를 현실로 끌어낸 연구 공로로 공동 수상자로 선정됐다. 이들의 업적은 양자컴퓨터·양자암호·양자센싱 등 차세대 양자기술 발전의 토대를 놓았다는 평가를 받고 있다.
 

▲ 왼쪽부터 존 클라크(영국) UC 버클리 교수, 미셸 드보레(프랑스) 예일대 교수, 존 마티니스(미국) UC 샌타바버라 교수 [AFP=연합뉴스. 재판매 및 DB 금지]

■ 마티니스, 구글 영입돼 ‘양자우위’ 규명

UC샌타바버라(UC Santa Barbara)의 명예교수인 존 마티니스는 2010년 세계 최초로 인간이 만든 초미세 기계가 양자운동을 한다는 사실을 입증하며 과학계의 주목을 받았다.

그는 앤드루 클레런드 박사와 함께 머리카락 굵기 수준의 미세 기계를 제작해, 이 장치가 양자역학 법칙에 따른 운동을 수행할 수 있음을 실험적으로 증명했다. 이 연구는 과학저널 사이언스(Science)가 그해 최고의 과학 성과로 선정하기도 했다.

마티니스는 UC버클리에서 박사 학위를 받고, 프랑스 원자력 및 대체에너지 위원회(CEA)에서 포스트닥 과정을 거쳐 미국 국립표준기술연구소(NIST)에서 연구를 이어갔다. 2004년 UC샌타바버라에 정착한 그는 양자기계 연구의 선구자로 불린다.

2014년에는 구글에 합류해 양자컴퓨터 하드웨어 개발을 주도했다. 2019년에는 53큐비트 양자 프로세서를 이용해 ‘양자 우위(quantum supremacy)’ 달성에 성공했다는 논문을 네이처(Nature)에 발표, 기존 컴퓨터로는 불가능한 연산을 양자컴퓨터로 실현했다는 획기적 성과를 남겼다.

이후 그는 호주로 이주해 스타트업 ‘실리콘 양자컴퓨팅(Silicon Quantum Computing)’과 양자 기술기업 ‘큐오랩(Qolab)’을 공동 설립하며 연구와 산업을 잇는 행보를 이어가고 있다.

■ 실제 장치에서 근본적 양자 현상 구현, 클라크

존 클라크 UC버클리 교수는 초전도 양자 간섭 장치, 일명 SQUID(Superconducting Quantum Interference Device) 연구의 창시자로 꼽힌다.

1942년 영국 케임브리지에서 태어난 그는 케임브리지대에서 학사와 박사를 마친 뒤 1960년대 후반 미국 UC버클리로 건너가 연구를 시작했다.

1980년대 초 프랑스의 미셸 드보레, 당시 박사과정이던 존 마티니스와 공동 연구를 진행하며 초전도 큐비트 기반 양자 기술의 문을 열었다.

메테 아타투레 케임브리지대 캐번디시 연구소장은 “클라크는 초전도 큐비트를 이용해 실제 장치에서 근본적인 양자 현상을 구현한 인물”이라고 평가했다.

■ 프랑스가 낳은 양자기술의 거장, 미셸 드보레

미셸 드보레 예일대 교수는 프랑스 파리 출신으로, 1980년대 초 UC버클리에서 클라크 교수 밑에서 박사후 연구를 수행했다. 귀국 후 CEA 사클레 연구소에서 ‘콴트로닉 연구 그룹(Quantronics Group)’을 창설, 초전도 회로에서의 양자 간섭을 세계 최초로 입증했다.

그의 연구팀은 큐비트 조작 기술의 비약적 발전을 이끌며 양자컴퓨팅의 실험적 기반을 마련했다. 드보레는 이후 CEA 연구소장과 콜레주 드 프랑스 석좌교수를 역임했으며, 현재 예일대에서 응용물리학 나노제조 연구실을 이끌고 있다.

또한 구글 퀀텀 AI의 수석 과학자로 활동 중이며, 프랑스 과학원 회원으로도 활약하고 있다. 이번 노벨상으로 그는 프랑스에 21세기 들어 일곱 번째 물리학상을 안겼다.